第6課 光的偏振 激光 -2023-2024學(xué)年高二物理（人教版2019）（解析版）

第6課光的偏振激光學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)課程標(biāo)準(zhǔn)學(xué)習(xí)目標(biāo)觀看光的偏振現(xiàn)象，了解現(xiàn)象產(chǎn)生的條件，知道其在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。知道光是橫波。1．知道光是橫波。2．了解光的偏振現(xiàn)象，知道偏振是橫波的特性。3．知道自然光和偏振光。4．了解偏振現(xiàn)象的實際應(yīng)用。5．了解激光的特點及其應(yīng)用。002預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)（一）課前閱讀：橫波、縱波、機械波、電磁波、光波、干涉。（二）基礎(chǔ)梳理一、光的偏振及其應(yīng)用1.光的偏振(1)自然光：包含著在垂直于傳播方向上沿振動的光，而且沿著各個方向振動的光波的強度都相同.(2)偏振光：在垂直于光的傳播方向的平面上，只沿著某個的方向振動的光.(3)偏振光的形成①讓自然光通過形成偏振光.②讓自然光在兩種介質(zhì)的界面發(fā)生反射和，反射光和折射光可以成為部分偏振光或完全偏振光.(4)光的偏振現(xiàn)象說明光是一種波.2.偏振光的應(yīng)用：加偏振濾光片的照相機鏡頭、液晶顯示器、立體電影、消退車燈眩光等.答案：1.光的偏振(1)自然光：包含著在垂直于傳播方向上沿一切方向振動的光，而且沿著各個方向振動的光波的強度都相同.(2)偏振光：在垂直于光的傳播方向的平面上，只沿著某個特定的方向振動的光.(3)偏振光的形成①讓自然光通過偏振片形成偏振光.②讓自然光在兩種介質(zhì)的界面發(fā)生反射和折射，反射光和折射光可以成為部分偏振光或完全偏振光.(4)光的偏振現(xiàn)象說明光是一種橫波.2.偏振光的應(yīng)用：加偏振濾光片的照相機鏡頭、液晶顯示器、立體電影、消退車燈眩光等.【概念連接】自然光、偏振光、偏振片、反射、折射【拓展補充】只有橫波才有偏振現(xiàn)象【即學(xué)即練】1.（多選）如圖所示，電燈S發(fā)出的光先后經(jīng)過偏振片A和B，人眼在P處迎著入射光方向，看不到光亮，則()A．圖中a光為偏振光B．圖中b光為偏振光C．以SP為軸將B轉(zhuǎn)過180°后，在P處將看到光亮D．以SP為軸將B轉(zhuǎn)過90°后，在P處將看到光亮解析自然光沿各個方向發(fā)散是均勻分布的，通過偏振片后，透射光是只沿著某一特定方向振動的光．從電燈直接發(fā)出的光為自然光，則A錯；它通過A偏振片后，即變?yōu)槠窆猓瑒tB對；設(shè)通過A的光沿豎直方向振動，P點無光亮，則B偏振片只能通過沿水平方向振動的偏振光，將B轉(zhuǎn)過180°后，P處仍無光亮，C錯；若將B轉(zhuǎn)過90°，則該偏振片將變?yōu)槟芡ㄟ^豎直方向上振動的光的偏振片，則偏振光能通過B，即在P處有光亮，D對．答案BD2.假設(shè)全部的汽車前窗玻璃和車燈玻璃均按同一要求設(shè)置，使司機不僅可以防止對方汽車強光的刺激，也能看清自己車燈發(fā)出的光所照亮的物體．以下措施中可行的是()A．前窗玻璃的透振方向是豎直的，車燈玻璃的透振方向是水平的B．前窗玻璃的透振方向是豎直的，車燈玻璃的透振方向也是豎直的C．前窗玻璃的透振方向是斜向右上45°，車燈玻璃的透振方向是斜向左上45°D．前窗玻璃的透振方向是斜向右上45°，車燈玻璃的透振方向也是斜向右上45°答案D解析首先，司機要能夠看清楚自己車燈發(fā)出的經(jīng)對面物體反射回來的光線，所以他自己車燈的偏振片的透振方向和前窗玻璃的透振方向肯定要平行；其次，他不能看到對面車燈發(fā)出的強光，所以對面車燈玻璃的透振方向與他自己車窗玻璃的透振方向肯定要垂直．滿足上述要求的只有D.【微點撥】光振動指的是電場的振動二、激光的特點及應(yīng)用1．激光的特點及應(yīng)用性質(zhì)應(yīng)用相干性：激光具有頻率、相位差、偏振方向的特點，具有高度的相干性光纖通信平行度：激光的格外好，傳播很遠(yuǎn)的距離仍能保持肯定的強度激光，讀取光盤上記錄的信息等亮度高：它可以在很小的和很短的內(nèi)集中很大的用激光束切割、焊接．醫(yī)學(xué)上可以用激光做“光刀”、激發(fā)核反應(yīng)等2.全息照相(1)與一般照相技術(shù)的比較一般照相技術(shù)所記錄的只是光波的信息，而全息照相技術(shù)還記錄了光波的信息．(2)原理：全息照片的拍攝利用了光的原理．3．激光全息照片的底片上記錄了光的干涉條紋，含有被拍攝物體反射的光的全部信息，實現(xiàn)了照片的立體性．若照相時，被攝物體被攔住一部分，通過調(diào)整視線仍可觀察被擋部分．照片被切開成兩半，從一半上仍可看到物體的全像，照片就像一個觀看物體的窗口．激光全息照相利用了激光________的性質(zhì)．答案：1．激光的特點及應(yīng)用性質(zhì)應(yīng)用相干性：激光具有頻率相同、相位差恒定、偏振方向全都的特點，具有高度的相干性光纖通信平行度：激光的平行度格外好，傳播很遠(yuǎn)的距離仍能保持肯定的強度激光測距，讀取光盤上記錄的信息等亮度高：它可以在很小的空間和很短的時間內(nèi)集中很大的能量用激光束切割、焊接．醫(yī)學(xué)上可以用激光做“光刀”、激發(fā)核反應(yīng)等2.全息照相(1)與一般照相技術(shù)的比較一般照相技術(shù)所記錄的只是光波的強弱信息，而全息照相技術(shù)還記錄了光波的相位信息．(2)原理：全息照片的拍攝利用了光的干涉原理．3．【答案】相干性好【解析】全息照相利用激光的頻率單一、相干性好的特點，使參考光和物光有很高的相干性，拍攝立體照片．【概念連接】一般光、相干光【拓展補充】激光可以產(chǎn)生高壓【即學(xué)即練】1.(多選)在雙縫干涉試驗中，用綠色激光照射在雙縫上，在縫后的屏幕上顯示出干涉圖樣．若要增大干涉圖樣中兩相鄰亮條紋的間距，可選用的方法是()A．改用紅色激光B．改用藍(lán)色激光C．減小雙縫間距D．將屏幕向遠(yuǎn)離雙縫的位置移動E．將光源向遠(yuǎn)離雙縫的位置移動答案ACD解析依據(jù)干涉圖樣中兩相鄰亮條紋的間距Δx＝eq\f(l,d)λ可知，要使Δx增大，可以增大波長或增大雙縫到屏的距離或縮小雙縫間的距離，所以選項A、C、D正確，B、E錯誤．2．（多選）準(zhǔn)分子激光器利用氬氣和氟氣的混合物產(chǎn)生激光刀，可用于進(jìn)行近視眼的治療．用這樣的激光刀對近視眼進(jìn)行手術(shù)，手術(shù)時間短、效果好、無苦痛．關(guān)于這個治療，以下說法中正確的是()A．近視眼是物體成像在眼球中的視網(wǎng)膜的前面，使人不能看清物體B．激光具有很好的方向性，用激光刀可以在格外小的面積上對眼睛進(jìn)行手術(shù)C．激光治療近視眼手術(shù)是對視網(wǎng)膜進(jìn)行修復(fù)D．激光治療近視眼手術(shù)是對角膜進(jìn)行切削E．激光治療近視眼手術(shù)是利用激光的相干性好【答案】ABD【解析】激光手術(shù)是物理技術(shù)用于臨床醫(yī)學(xué)的最新成果．人的眼睛是一個光學(xué)成像系統(tǒng)，角膜和晶狀體相當(dāng)于一個凸透鏡，物體通過凸透鏡成像在視網(wǎng)膜上，人就能看清楚物體．當(dāng)角膜和晶狀體組成的這個凸透鏡的焦距比較小，物體成像在視網(wǎng)膜的前面時，人就不能看清物體，這就是近視眼，A對；激光具有很好的方向性，用激光刀可以在格外小的面積上對眼睛進(jìn)行手術(shù)，B對、E錯；激光手術(shù)不是修復(fù)視網(wǎng)膜，而是對角膜進(jìn)行切削，轉(zhuǎn)變角膜的外形，使眼球中的凸透鏡的焦距適當(dāng)變大，物體經(jīng)過角膜和晶狀體后成像在視網(wǎng)膜上，C錯、D對．【微點撥】用激光更簡潔完成干涉、衍射試驗（三）預(yù)習(xí)作業(yè)1．推斷題（1）．激光可以進(jìn)行光纖通信是利用了相干性好的特點．()（2）．激光可用做“光刀”來切開皮膚是利用激光的相干性好．()（3）．全息照相技術(shù)只能記錄光波的強弱信息．()答案：（1）．激光可以進(jìn)行光纖通信是利用了相干性好的特點．(√)（2）．激光可用做“光刀”來切開皮膚是利用激光的相干性好．(×)（3）．全息照相技術(shù)只能記錄光波的強弱信息．(×)2．在拍攝水面下的景物時,應(yīng)在照相機鏡頭前裝一個偏振濾光片,其目的是()A.減弱反射光,從而使景物的像清楚B.增加反射光,從而使景物的像清楚C.增加透射光,從而使景物的像清楚D.減弱透射光,從而使景物的像清楚答案：A解析：由于反射光的干擾,景物的像經(jīng)常比較模糊,裝上偏振濾光片可以減弱反射光,從而使景物的像更清楚,故選A。003探究提升環(huán)節(jié)一光的偏振及其應(yīng)用思考：1．如圖所示，白熾燈的右側(cè)依次平行放置偏振片P和Q，A點位于P、Q之間，B點位于Q右側(cè)．旋轉(zhuǎn)偏振片P，A、B兩點光的強度變化狀況是()A．A、B均不變B．A、B均有變化C．A不變，B有變化D．A有變化，B不變答案C解析白熾燈光包含向各方向振動的光，且各個方向振動的光的強度相等，所以旋轉(zhuǎn)偏振片P時各方向透射光強度相同，故A點光的強度不變；白熾燈光經(jīng)偏振片P后變?yōu)槠窆?，?dāng)Q旋轉(zhuǎn)時，只有與P的偏振方向全都時才有光透過Q，因此B點的光強有變化，選項C正確．2．如圖所示是一種利用光纖溫度傳感器測量溫度的裝置，一束偏振光射入光纖，由于溫度的變化，光纖的長度、芯徑、折射率發(fā)生變化，從而使偏振光的振動方向發(fā)生變化，光接收器接收的光強度就會變化。設(shè)起偏器和檢偏器透振方向相同，關(guān)于這種溫度計的工作原理。正確的說法是()A．到達(dá)檢偏器的光的振動方向變化越小，光接收器所接收的光強度就會越小，表示溫度變化越大B．到達(dá)檢偏器的光的振動方向變化越大，光接收器所接收的光強度就會越小，表示溫度變化越大C．到達(dá)檢偏器的光的振動方向變化越小，光接收器所接收的光強度就會越小，表示溫度變化越小D．到達(dá)檢偏器的光的振動方向變化越大，光接收器所接收的光強度就會越小，表示溫度變化越小解析：選B依據(jù)題意知，溫度變化越大，光通過光纖時振動方向變化越大，起偏器和檢偏器的透振方向是相同的，光從光纖中通過時振動方向變化越大，透過檢偏器的光強度就會越小，所以光接收器接收的光強度也就會越小。因此選項B正確。環(huán)節(jié)二激光特點及其應(yīng)用問題探究：（多選）關(guān)于激光的應(yīng)用，下列說法中正確的是()A．光纖通信是應(yīng)用激光相干好的特點對信號進(jìn)行調(diào)制，使其在光導(dǎo)纖維中進(jìn)行信息傳遞B．計算機內(nèi)用“磁頭”可讀出光盤上記錄的信息是應(yīng)用了激光平行度好的特點來進(jìn)行的C．醫(yī)學(xué)中用激光作“光刀”來切除腫瘤是應(yīng)用了激光亮度高的特點D．“激光測距雷達(dá)”利用激光測量很遠(yuǎn)目標(biāo)的距離是應(yīng)用了激光亮度高的特點E．激光打孔是應(yīng)用了激光相干性好的特點【答案】ABC【解析】光纖通信主要利用激光的相干性好的特點，選項A正確；計算機內(nèi)的“磁頭”可讀出光盤上的信息主要應(yīng)用了激光的平行度好的特點，選項B正確；醫(yī)療中用激光作“光刀”和工業(yè)上用激光打孔都是利用了激光的亮度高的特點，選項C正確，E錯誤；激光測距利用的是激光的平行度好的特點，選項D錯誤．004體系構(gòu)建(1)自然光與偏振光的比較類別自然光(非偏振光)偏振光光的來源從一般光源發(fā)出的光自然光通過起偏器后的光光的振動方向在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光沿任意方向振動，且沿各個方向振動的光的強度相同在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光沿特定方向振動(2)偏振光的應(yīng)用：加偏振濾光片的照相機鏡頭、液晶顯示器、立體電影、消退車燈眩光等。005記憶清單一、光的偏振及其應(yīng)用★學(xué)習(xí)聚焦：(1)自然光：包含著在垂直于傳播方向上沿一切方向振動的光，而且沿著各個方向振動的光波的強度都相同。(2)偏振光：在垂直于光的傳播方向的平面上，只沿著某個特定的方向振動的光。(3)偏振光的形成①讓自然光通過偏振片形成偏振光。②讓自然光在兩種介質(zhì)的界面發(fā)生反射和折射，反射光和折射光可以成為部分偏振光或完全偏振光。(4)光的偏振現(xiàn)象說明光是一種橫波。二、激光特點及其應(yīng)用★學(xué)習(xí)聚焦：人造060601強化訓(xùn)練1、（多選）如圖所示，P是一個偏振片，P的透振方向(用帶箭頭的實線表示)為豎直方向。下列四種入射光束中照射P時能在P的另一側(cè)觀看到透射光的是()A．太陽光B．沿豎直方向振動的光C．沿水平方向振動的光D．沿與豎直方向成45°角振動的光解析：選ABD太陽光可以向各個方向振動，所以能通過偏振片觀看到光，A項正確；沿豎直方向振動的光與偏振片的透振方向全都能通過偏振片，所以B項正確；沿水平方向振動的光與透振方向垂直，通過偏振片觀看不到透射光，所以C項錯誤；只有透振方向與光的振動方向垂直時才觀看不到透射光，沿與豎直方向成45°角振動的光能通過偏振片觀看到透射光，所以D項正確。2、（多選）食品平安檢驗中碳水化合物(糖)的含量是一個重要指標(biāo)，可以用“旋光法”來測量糖溶液的濃度，從而鑒定含糖量.偏振光通過糖的水溶液后，偏振方向會相對于傳播方向向左或向右旋轉(zhuǎn)一個角度α，這一角度α稱為“旋光度”，α的值只與糖溶液的濃度有關(guān)，將α的測量值與標(biāo)準(zhǔn)值相比較，就能確定被測樣品的含糖量了.如圖所示，S是自然光源，A、B是偏振片，轉(zhuǎn)動B，使到達(dá)O處的光最強，然后將被測樣品P置于A、B之間.以下說法中正確的是()A.到達(dá)O處光的強度會明顯減弱B.到達(dá)O處光的強度不會明顯減弱C.將偏振片B轉(zhuǎn)動一個角度，使得O處光強度最強，偏振片B轉(zhuǎn)過的角度等于αD.將偏振片A轉(zhuǎn)動一個角度，使得O處光強度最強，偏振片A轉(zhuǎn)過的角度等于α答案ACD解析偏振光通過糖的水溶液后，若迎著射來的光線看，偏振方向會以傳播方向為軸線，旋轉(zhuǎn)一個角度α，所以到達(dá)O處光的強度會明顯減弱，故A正確，B錯誤；將偏振片B轉(zhuǎn)動一個角度，使得O處光強度最強，偏振片B轉(zhuǎn)過的角度等于α，故C正確；同理，將偏振片A轉(zhuǎn)動一個角度，使得O處光強度最強，偏振片A轉(zhuǎn)過的角度等于α，故D正確.3．（多選）下列有關(guān)光學(xué)現(xiàn)象的說法正確的是()A.光從光疏介質(zhì)射入光密介質(zhì)，若入射角大于臨界角，則肯定發(fā)生全反射B.做雙縫干涉試驗時，僅用紅光替代紫光，相鄰亮條紋間距變大C.在白光下觀看肥皂泡，其表面的相鄰各條紋是等間距的D.光的偏振現(xiàn)象表明光是橫波答案BD4、（多選）電子表的顯示屏利用了液晶的旋光性,當(dāng)液晶上不加電壓時,偏振光通過液晶時偏振方向會旋轉(zhuǎn)90°,這就是液晶的旋光性,假如在液晶上加上電壓,則旋光性消逝。有一種電子表的顯示屏是透亮?????的,而在顯示數(shù)字時,數(shù)字的筆畫處不透光,則關(guān)于該顯示屏,下列說法正確的是()A.上下兩個偏振片的透振方向相互垂直B.上下兩個偏振片的透振方向相互平行C.筆畫處為透亮?????電極,因此加上電壓時變?yōu)椴煌噶?????的D.筆畫處沒有電極,其余部分為透亮?????電極答案：AC解析：假設(shè)光從下向上傳播,光線通過下偏振片時成為偏振光,假如不加電壓,偏振光通過液晶時偏振方向旋轉(zhuǎn)90°,此時間線能透過上偏振片,可知上偏振片的透振方向應(yīng)與此時偏振光的偏振方向相同,即與下偏振片的透振方向垂直,選項A正確,B錯誤;組成數(shù)字的筆畫處有時透亮?????,有時不透亮?????,可知筆畫處為透亮?????電極,當(dāng)加上電壓時液晶旋光性消逝,光線不能透過上偏振片,選項C正確,D錯誤。5.（多選）所圖所示，一玻璃柱體的橫截面為半圓形，讓太陽光或白熾燈光通過狹縫S形成細(xì)光束從空氣射向柱體的O點(半圓的圓心)，產(chǎn)生反射光束1和透射光束2.現(xiàn)保持入射光不變，將半圓柱繞通過O點垂直于紙面的軸線轉(zhuǎn)動，使反射光束1和透射光束2恰好垂直，在入射光線的方向上加偏振片P，偏振片與入射光線垂直，其透振方向在紙面內(nèi)，這時看到的現(xiàn)象是()A．反射光束1消逝B．透射光束2消逝C．反射光束1和透射光束2都消逝D．偏振片P以入射光線為軸旋轉(zhuǎn)90°角，透射光束2消逝答案AD解析自然光射到界面上，當(dāng)反射光與折射光垂直時，反射光和折射光的偏振方向相互垂直，且反射光